JP4627177B2 - Ｌｅｄの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤの製造方法に関するものであり、詳しくはＬＥＤチップから発せられた光と、ＬＥＤチップから発せられて蛍光物質によって波長変換された光との組み合わせの加法混色によって任意の色調の光を発するＬＥＤの製造方法に関する。
急峻なスペクトル分布を有する光を発するＬＥＤチップを光源にして白色光を放出するＬＥＤ装置を実現するためには、ＬＥＤチップから発せられた光と、ＬＥＤチップから発せられた光によって励起された蛍光物質が発する波長変換された光との加法混色によって可能になる。
例えば、ＬＥＤチップが発する光が青色光の場合は、青色光に励起されて青色の補色となる黄色の光に波長変換する蛍光物質を使用することにより、ＬＥＤチップから発せられた青色光と、ＬＥＤチップから発せられた青色光によって励起された蛍光物質が発する波長変換された黄色光との加法混色によって白色光を得ることができる。
同様に、ＬＥＤチップが発する光が青色光の場合、青色光に励起されて夫々緑色光及び赤色光に波長変換する２種類の蛍光物質を混合して使用することにより、ＬＥＤチップから発せられた青色光と、ＬＥＤチップから発せられた青色光によって励起された２種類の蛍光物質が発する波長変換された緑色光及び赤色光との加法混色によって白色光を得ることができる。
また、ＬＥＤチップが発する光が紫外線の場合、紫外線に励起されて夫々青色光、緑色光及び赤色光に波長変換する３種類の蛍光物質を混合して使用することにより、ＬＥＤチップから発せられた紫外線によって励起された３種類の蛍光物質が発する波長変換された青色光、緑色光及び赤色光との加法混色によって白色光を得ることができる。
更に、ＬＥＤチップから発せられる発光色と波長変換部材となる蛍光物質とを適宜組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を得ることができる。
上記のように、光源から発せられた光で蛍光物質を励起して波長変換し、光源から発せられた光とは異なる色調の光を放出するようなＬＥＤには、例えば図４に示すようなものがある。それは、絶縁基板の表面に一対の導体パターン５０、５１が形成された両面スルーホール基板５２に擂鉢形状の凹部５３が形成されており、一方の導体パターン５０は前記凹部５３の底面５４を形成すると共に裏面側の一方の電極部を構成し、表面側に形成された他方の導体パターン５１はスルーホール５５を介して裏面側に回り込んで裏面側の他の電極部を構成している。
そして、凹部５３の底面５４の導体パターン５０に導電性接着剤を介してＬＥＤチップ５６を実装し、ＬＥＤチップ５６の下側電極と導体パターン５０との電気的導通を図り、ＬＥＤチップ５６の上側電極と導体パターン５１とをボンディングワイヤ５７を介して接続してＬＥＤチップ５６の上側電極と導体パターン５１との電気的導通を図っている。
更に、ＬＥＤチップ５６が実装された凹部５３内に、蛍光物質からなる波長変換用材料が混入された第一の樹脂５８を充填してＬＥＤチップ５６を埋設させて封止し、前記凹部５３を含む両面スルーホール基板５２の上方をエポキシ系の透光性樹脂を主成分とする第二の樹脂５９で樹脂封止して中央部に半球形状の集光レンズ６０を一体に形成している（例えば、特許文献１参照。）。
また、特許文献２に於いて従来の技術として記載されているようなものがある。それは図５に示すように、絶縁基板の表面に、前記絶縁基板の表面側から側面を介して裏面側に回り込んだ一対の導体パターン７０、７１が形成された配線基板７２の一方の導体パターン７０に銀接着剤ペーストを介してＬＥＤチップ７３が実装されている。そして、ＬＥＤチップ７３の上側に形成された一対の電極の一方と前記ＬＥＤチップ７３が実装された導体パターン７０とをボンディングワイヤ７４を介して接続して電気的導通を図り、ＬＥＤチップ７３の上側に形成された一対の電極の他方と導体パターン７１とをボンディングワイヤ７５を介して接続して電気的導通を図っている。そして、エポキシ樹脂等からなる透光性樹脂に蛍光物質７６を含有させた封止樹脂７７によってＬＥＤチップ７３及びボンディングワイヤ７４、７５が封止されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−３２４９１７号公報 特開２００３−２５８３１０号公報
上述のような構成の従来のＬＥＤに於いて、前者は、凹部内に実装されたＬＥＤチップは前記凹部内に波長変換用材料を混入した第一の樹脂を充填することによって埋設させて封止されている。そのため、ＬＥＤチップの光出射面と第一の樹脂とは直接接しており、ＬＥＤチップの光出射面上の第一の樹脂の厚みの違いによってＬＥＤチップから発せられて第一の樹脂内を導光された光の色調が直接的に変化することになる。従って、ＬＥＤから放出される光の色調を均一に且つ再現性良く保つためには、凹部に充填する第一の樹脂の量の制御が重要な要素となる。
ところで、ＬＥＤに一般的に求められる要件の1つに小型化が挙げられる。そのためＬＥＤチップを実装する凹部の寸法を極力小さくすることが試みられるが、その場合凹部内に充填される第一の樹脂の量が極めて少量なものとなり、充填量の制御及び再現性が非常に難しいものとなってしまう。
また、凹部内に第一の樹脂を充填する方法として、一般的にはディスペンサなどの液体定量吐出装置を使用してそのノズルから吐出される一定量の樹脂を凹部内に充填することが行なわれるが、凹部の略中心に実装されたＬＥＤチップには凹部の開口部よりも上方に伸びて前記開口部を横切るボンディングワイヤが配設されており、そのために液体定量吐出装置のノズルから吐出された樹脂がボンディングワイヤに阻害されて凹部への注入が不確実なものとなり、不安定な注入量にならざるを得ない。
一方、後者は、封止樹脂を加熱硬化する際に、封止樹脂を構成する透光性樹脂と蛍光物質との比重差によって透光性樹脂よりも比重が大きい蛍光物質が沈降してしまい、封止樹脂内の蛍光物質を均一に分散させることが困難であった。また、封止樹脂を構成する透光性樹脂と蛍光物質との混合比率を高精度で再現性良く確保することも困難であった。その結果、ＬＥＤとしては外部（大気中）へ放出される光の色調の均一性が損なわれ、ＬＥＤの製品間においても色調バラツキが生じていた。
このような構成のＬＥＤにおいて、ＬＥＤチップの光軸上の光出射面に凸形状の集光レンズを形成した場合には、ＬＥＤチップから発せられた光が封止樹脂に混入された蛍光物質によって拡散されるためにレンズの集光効果が得られないものとなってしまう。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、製品間における色調バラツキが少なく、光取り出し効率が良好で高光度のＬＥＤの製造方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、凹形状のカップが所定の間隔で複数個設けられ、互いに隣接する前記カップが空間連通領域を介して空間的に連通され、前記空間連通領域と前記カップとが底面により繋がっている多数個取り基板を準備する工程と、前記カップ内にＬＥＤチップを実装する工程と、前記基板上の前記カップの外に設けられたワイヤボンディングパッドと前記ＬＥＤチップをボンディングワイヤを介して電気的に接続する工程と、１個所以上の前記空間連通領域を注入口として、蛍光物質を混入させた透光性樹脂を注入して、自然流動により前記カップ及び空間連通領域に充填後、加熱硬化して前記カップ内に実装されたＬＥＤチップを埋設させる工程とを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記カップ内に実装されたＬＥＤチップを前記蛍光物質を混入させた透光性樹脂で埋設させる工程の後、前記基板上に透光性樹脂により所定の形状に樹脂封止を行う工程を含むことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記空間連通領域は、該空間連通領域を前記基板に平行な面で切ったときの断面が略円形であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記樹脂封止は、前記ＬＥＤチップの放射方向に該各ＬＥＤチップの光軸を略中心とする凸形状のレンズが形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４の何れか１項において、前記蛍光物質を混入させた透光性樹脂の注入において、液体定量吐出装置を使用することを特徴とするものである。
本発明のＬＥＤの製造方法は、ＬＥＤチップを実装する基板において、ＬＥＤチップが実装された凹形状のカップ上方を避けて互いに隣接するカップが空間的に連通された空間連通領域から透光性樹脂に蛍光物質を混入した蛍光樹脂を注入して樹脂の自然流動によってＬＥＤチップを埋設させて封止させるようにした。
その結果、蛍光樹脂の注入がボンディングワイヤによって阻害されることなく、カップ内に実装されたＬＥＤチップを確実に樹脂封止することができる。
また、空間連通領域から蛍光樹脂が自然流動によって各カップ及び空間連通領域の全てに拡散されるために、樹脂の高さが全体に亘って均一化される。よって、各カップ内には蛍光樹脂が定量的に充填され、各カップ内に実装された各ＬＥＤチップの光出射面上の蛍光樹脂の厚みも均一となり、製品間による色調バラツキの少ないＬＥＤを実現する役割を果すものである。
また、全てのカップ及び空間連通領域が繋がっているために、全体として蛍光樹脂の充填容積が大きくなり、蛍光樹脂の注入量に多少の誤差が生じても全体に分散されることになるために各カップに充填される樹脂量の誤差には殆んど影響を与えない。つまり、カップに対する蛍光樹脂の充填量の誤差精度を容易に高められ、且つ各カップ間の充填量の誤差精度も同様に容易に高めることができる。そのため、製品間における色調バラツキの少ないＬＥＤを実現するための役割を果すと共に、個々のＬＥＤにおいても所望する色調の光を精度良く実現することができるものである。
また、空間連通領域から注入された蛍光樹脂は自然流動によって各カップ及び空間連通領域カップの全てに拡散されるために、１回の注入で全てのカップ内に蛍光樹脂が充填され、よって作業効率の改善によって生産性の向上を図ることができる。
更に、ＬＥＤチップが実装されたカップ上方に透光性樹脂による集光レンズを形成することによって、ＬＥＤチップから出射されてＬＥＤの外部（大気中）に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を高めると共に、所定の配光を得ることができる。などの利点を有する。
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。図２（ａ）は図１（ａ）の工程の上面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）の工程の上面図である。
まず、複数のＬＥＤの領域を有する図１（ａ）及び図２（ａ）に示すような多数個取り基板を準備する。この基板３は、絶縁部材からなる絶縁部１の表面に、対向する一対の導体パターン２ａ、２ｂを形成したものであり、各導体パターン２ａ、２ｂは基板３の表面側の長手方向に沿った縁部から側面側を経て裏面側に回り込んだ状態に形成されている。
また、基板の表面側に、対向して形成された一対の導体パターン２ａ、２ｂに挟まれ且つ基板３の長手方向に沿った位置には、略同一形状及び略同一寸法の複数個の凹形状の第一のカップ４が一定の間隔を保って形成されている。
そして、互いに隣り合う第一のカップ４の間には底面５の深さを第一のカップ４と略同一にした凹形状の第二のカップ６が形成されており、第一のカップ４と第二のカップ６とは底面によって繋がっている。
さらに、少なくとも各第一のカップ４の底面５には導体パターンからなるダイボンディングパッド７が形成され、基板３の表面側の縁部に形成された一対の導体パターン２ａ、２ｂのうちの一方の導体パターン２ａから伸びた導体パターン２ｃを介して接続されている。一対の導体パターン２ａ、２ｂうちの他方の導体パターン２ｂからは略第一のカップ４方向に向かって伸びたワイヤボンディングパッド８が形成されている。
次に、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、上記基板３に形成された各第一のカップ４底面５のダイボンディングパッド７に導電性接着剤９を介してＬＥＤチップ１０を実装し、ＬＥＤチップ１０の下側電極とカップ底面に形成されたダイボンディングパッド７とを電気的に導通させる。ＬＥＤチップ１０の上側電極はボンディングワイヤ１１を介してワイヤボンディングパッド８に接続し、ＬＥＤチップ１０の上側電極とワイヤボンディングパッド８とを電気的に接続させる。
次に、図１（ｃ）に示すように、透光性樹脂に蛍光物質を混入した蛍光樹脂１２をディスペンサ等の液体定量吐出装置（図示せず）を使用してＬＥＤチップ１０が実装された第一のカップ４内及び第二のカップ６内に充填する。その場合、蛍光樹脂１２を吐出する液体定量吐出装置のノズル１３は、ＬＥＤチップ１０が実装された第一のカップ４の上方ではなく、蛍光樹脂１２の注入口となる第二のカップ６内に先端部を挿入して位置させ、蛍光樹脂１２を第二のカップ６内から注入することによって第二のカップ６内から自然流動によって徐々に全体に拡散させる。そして、全ての第一のカップ４及び第二のカップ６が蛍光樹脂１２によって所定の量で満たされた時点で蛍光樹脂１２の注入を停止し、その後加熱硬化させる。
この工程は、ＬＥＤチップ１０を内包した第一のカップ４内に蛍光樹脂１２を充填し、蛍光樹脂１２によってＬＥＤチップ１０を埋設させて封止するための工程である。一般的には第一のカップ４内に蛍光樹脂１２を直接注入する方法が採られるが、第一のカップ４の略中心に実装されたＬＥＤチップ１０にはカップの開口部よりも上方に伸びて前記開口部を横切るボンディングワイヤ１１が配設されており、そのために液体定量吐出装置のノズル１３から吐出された蛍光樹脂がボンディングワイヤ１１に阻害されて第一のカップ４内への注入が不確実なものとなり、不安定な注入量にならざるを得ない。
そのため、本発明に係わる実施形態においては、蛍光樹脂１２を吐出するノズル１３をＬＥＤチップ１０が内包された第一のカップ４上方を避けて第一のカップ４に底面５が繋がった第二のカップ６内にノズル１３の先端部を挿入し、蛍光樹脂１２を第二のカップ６内から注入して第二のカップ６内から自然流動によって全体に拡散されるようにしている。その結果、ボンディングワイヤ１１によって阻害されることなくＬＥＤチップを確実に樹脂封止することができる。
また、第二のカップ内６から注入された蛍光樹脂１２は自然流動によって拡散されるために、樹脂の高さが全体に亘って均一化される。よって、各第一のカップ４内には蛍光樹脂１２が定量的に充填され、各第一のカップ４内に実装された各ＬＥＤチップ１０の光出射面上の蛍光樹脂１２の厚みも均一となり、製品間における色調バラツキの少ないＬＥＤを実現するための一役を担うものである。
更に、全ての第一のカップ４及び第二のカップ６が繋がっているために、全体として蛍光樹脂の充填容積が大きくなり、蛍光樹脂１２の注入量に多少の誤差が生じても全体に分散されることになるために各第一のカップ４に充填される樹脂量の誤差には殆んど影響を与えない。つまり、第一のカップ４に対する蛍光樹脂１２の充填量の誤差精度を容易に高められ、且つ各第一のカップ４間の充填量の誤差精度も同様に容易に高めることができる。そのため上記同様に製品間における色調バラツキの少ないＬＥＤを実現するための一役を担う共に、個々のＬＥＤにおいても所望する色調の光を精度良く実現することができるものである。
次に、図１（ｄ）に示すように、透光性樹脂によって各ＬＥＤチップ１０の放射方向に各ＬＥＤチップ１０の光軸を略中心とする凸形状の集光レンズ１４を形成してボンディングワイヤ１１を樹脂封止１５し、その後加熱硬化させる。
集光レンズは、球面レンズ及び非球面レンズのうちの1つであり、ＬＥＤから放出される光に要求される配光を実現するように適宜選択、設計される。
ボンディングワイヤ１１を透光性樹脂で樹脂封止する目的は、機械的振動や衝撃などの外部応力等から保護するためのものであり、透光性樹脂によって集光レンズを形成する目的は、ＥＤチップから出射されてＬＥＤの外部（大気中）に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を高めると共に、所定の配光を得るためのものである。
最後に、図１（ｅ）に示すように、多面取り基板を基に複数個連設されて完成したＬＥＤをダイシング或いはスライシングによって切断し、個々のＬＥＤに分離する。
図３は分離された１個のＬＥＤを示す斜視図である。絶縁体１の表面に表面側から側面側を経て裏面側に回り込んだ一対の導体パターン２ａ、２ｂが形成され、一対の導体パターン２ａ、２ｂの一方の導体パターン２ａに接続された、第一のカップ４底面のダイボンディングパッド７上にＬＥＤチップ１０が実装され、ＬＥＤチップ１０の上側電極と一対の導体パターン２ａ、２ｂの他方の導体パターン２ｂから伸びたワイヤボンディングパッド８とがボンディングワイヤ１１によって接続されている。そして、ＬＥＤチップ１０が実装された第一のカップ４内及び第一のカップ４に底面５が繋がった第二のカップ６内に透光性樹脂に蛍光物質を混入した蛍光樹脂１２が充填され、その上方に各ＬＥＤチップ１０の光軸を略中心とする凸形状の集光レンズ１４を形成して透光性樹脂による樹脂封止１５が行なわれている。
なお、本実施形態では、互いに隣り合う第一のカップ同士の間に設けた第二のカップを、基板面に平行な面で切断した断面が略円形状になるように形成したが、互いに隣り合う第一のカップ同士の底面が繋がっていれば形状に限定はなく、互いに隣り合う第一のカップ同士を繋ぐ部分は、その部分を基板面に平行な面で切断した断面形状が、１つ又は複数の曲線の組み合わせ及び／又は１つ又は複数の直線の組み合わせのなかから、基板の製造方法、第一のカップの寸法、液体定量吐出装置のノズル径、蛍光樹脂の粘度等を考慮して選択され、設計されるものである。
また、蛍光樹脂を注入する液体定量吐出装置のノズルの数は１つに限定されるものではなく、複数のノズルを配置して同時に複数箇所から注入することもできる。そうすることで、注入時間の短縮を図り、作業効率を向上させることもできる。
以上説明したように、本発明に係わるＬＥＤの製造方法によれば、複数のＬＥＤ領域を有した多数個取り基板にＬＥＤチップを内包する複数の第一のカップを形成し、互いに隣り合う第一のカップの底面が繋がるように第一のカップ間に第二のカップを形成した。そして、液体定量吐出装置のノズル先端を第二のカップ内に挿入した状態で透光性樹脂に蛍光物質を混入した蛍光樹脂を注入するようにした。
その結果、ＬＥＤチップが内包された第一のカップ上方から蛍光樹脂を注入することを避けて第二のカップ内から注入して第二のカップ内から自然流動によって全体に拡散されるようにしたため、蛍光樹脂の注入がボンディングワイヤによって阻害されることなく、第一のカップ内に実装されたＬＥＤチップを確実に樹脂封止することができる。
また、第二のカップから注入された蛍光樹脂は自然流動によって各第一のカップ及び第二のカップの全てに拡散されるために、樹脂の高さが全体に亘って均一化される。よって、各第一のカップ内には蛍光樹脂が定量的に充填され、各第一のカップ内に実装された各ＬＥＤチップの光出射面上の蛍光樹脂の厚みも均一となり、製品間における色調バラツキの少ないＬＥＤを実現する役割を果すものである。
また、全ての第一のカップ４及び第二のカップが繋がっているために、全体として蛍光樹脂の充填容積が大きくなり、蛍光樹脂の注入量に多少の誤差が生じても全体に分散されることになるために各第一のカップに充填される樹脂量の誤差には殆んど影響を与えない。つまり、第一のカップに対する蛍光樹脂の充填量の誤差精度を容易に高められ、且つ各第一のカップ間の充填量の誤差精度も同様に容易に高めることができる。そのため、製品間における色調バラツキの少ないＬＥＤを実現するための役割を果すと共に、個々のＬＥＤにおいても所望する色調の光を精度良く実現することができるものである。
また、第二のカップから注入された蛍光樹脂は自然流動によって各第一のカップ及び第二のカップの全てに拡散されるために、１回の注入で全ての第一のカップ内に蛍光樹脂が充填され、よって作業効率の改善によって生産性の向上を図ることができる。
ＬＥＤチップが実装された第一のカップ上方に透光性樹脂による集光レンズを形成することによって、ＬＥＤチップから出射されてＬＥＤの外部（大気中）に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を高めると共に、所定の配光を得ることができる。などの優れた効果を奏するものである。
本発明に係わる実施形態のＬＥＤの製造方法を示す工程図である。 図１で示すＬＥＤの製造工程を上面図で示したものであり、（ａ）は図１（ａ）の工程の上面図、（ｂ）は図１（ｂ）の工程の上面図である。 本発明に係わる実施形態のＬＥＤの製造方法で製造したＬＥＤの斜視図である。 従来の製造方法で製造されたＬＥＤを示す斜視図である。 従来の他の製造方法で製造されたＬＥＤを示す縦断面図である。
符号の説明
１ 絶縁体
２ａ、２ｂ 導体パターン
３ 基板
４ 第一のカップ
５ 底面
６ 第二のカップ
７ ダイボンディングパッド
８ ワイヤボンディングパッド
９ 導電性接着剤
１０ ＬＥＤチップ
１１ ボンディングワイヤ
１２ 蛍光樹脂
１３ ノズル
１４ レンズ
１５ 樹脂封止

Claims (5)

  1. 凹形状のカップが所定の間隔で複数個設けられ、互いに隣接する前記カップが空間連通領域を介して空間的に連通され、前記空間連通領域と前記カップとが底面により繋がっている多数個取り基板を準備する工程と、
    前記カップ内にＬＥＤチップを実装する工程と、
    前記基板上の前記カップの外に設けられたワイヤボンディングパッドと前記ＬＥＤチップをボンディングワイヤを介して電気的に接続する工程と、
    １個所以上の前記空間連通領域を注入口として、蛍光物質を混入させた透光性樹脂を注入して、自然流動により前記カップ及び空間連通領域に充填後、加熱硬化して前記カップ内に実装されたＬＥＤチップを埋設させる工程と、を含むことを特徴とするＬＥＤの製造方法。
  2. 前記カップ内に実装されたＬＥＤチップを前記蛍光物質を混入させた透光性樹脂で埋設させる工程の後、
    前記基板上に透光性樹脂により所定の形状に樹脂封止を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤの製造方法。
  3. 前記空間連通領域は、該空間連通領域を前記基板に平行な面で切ったときの断面が略円形であることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のＬＥＤの製造方法。
  4. 前記樹脂封止は、前記ＬＥＤチップの放射方向に該各ＬＥＤチップの光軸を略中心とする凸形状のレンズが形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤの製造方法。
  5. 前記蛍光物質を混入させた透光性樹脂の注入において、液体定量吐出装置を使用することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤの製造方法。
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